JP4138259B2

JP4138259B2 - Small hydroelectric generator

Info

Publication number: JP4138259B2
Application number: JP2001033204A
Authority: JP
Inventors: 行宣弓田
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Sankyo Corp
Priority date: 2001-02-09
Filing date: 2001-02-09
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2021-02-09
Also published as: CN1202358C; US6768218B2; JP2002235651A; US20020113442A1; CN1369634A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、蛇口を通過する水の流れによって発生する水力を利用した小型水力発電装置の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、蛇口の下側に手を差し出すことによってこれをセンサーが感知し、このセンサー感知をもとに蛇口から水を流す自動水栓装置が広く知られている。
【０００３】
上述の小型水力発電装置の構成を簡単に述べると、以下のようになる。小型水力発電装置は、本体ケースに水流入口と水流出口があり、中央に分配リングがセットされる。流入口より入った水は、この円筒状の壁により分配され、円筒状の壁に開けられた射出孔より水を噴出させる。
【０００４】
そして、噴出された水は、壁の内側に回転自在に配置された水車にぶつかり、水車を回転させ、流出口より出る。水車の回転軸には、水車と一体的に固定された回転体が設けられている。この回転体の外周面は、着磁されたロータマグネットとなっている。ロータマグネットの外周面と対向する位置には、ステンレス製の隔壁を隔ててステータが配置されている。ステータには発電用コイルが設けられ、マグネット磁束がステータに入り込むと、その磁束とコイルが鎖交して、発電される。
【０００５】
図８は、上述の小型水力発電装置で使用されている水車および回転体の構成（マグネットおよび回転軸は除く）の一例を示しており、図８（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）は、それぞれ正面図、平面図および底面図である。図８において、水車３は、上述の回転軸に挿通固定される回転中心部３３と、この回転中心部３３に内周端部が接続された複数の羽根部材３１と、羽根部材３１の外周先端部分が接続された円筒状のリング部３２とから構成されている。回転体４は、水車３と一体的に形成されている。
【０００６】
また、図１０は、上述の小型水力発電装置で使用されている水車および回転体の構成の他の例を示しており、図１０（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）は、それぞれ正面図、平面図および底面図である。水車３は、上述の回転軸に挿通固定される回転中心部３３と、この回転中心部３３に内周端部が接続された複数の羽根部材３１とから構成されている。図１０の水車３は、図８の水車３のリング部３２がない構成となっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述の小型水力発電装置では、流体通路を流れる水の流量が多くなると、特に次のような問題が発生する。
（１）水の通過に伴う水車３の回転時において、羽根部材３１の外周先端部分が射出孔２２の一部を瞬間的に塞ぐため、射出孔２２から羽根部材３１に対して吐出される水圧が一定とならず乱れが生じる。
【０００８】
すなわち、図１０の水車３の羽根部材３１は、平面図における外周先端部分の幅ｄ１と、底面図における外周先端部分の幅ｄ２が、それぞれ約１ｍｍ（ミリメートル）で形成されている。そのため、図１１およびその一部拡大図に示すように、流入口１２と流出口１３の間にあり水車３が配置された水分配用のリング状壁部２の内側へ水を噴出させるための射出孔２２の一部（幅ｄ３＝この幅は、広い方が流量が多くなるが水圧が低くなり発電能力が小さくなるので、この例では、適宜な発電能力とするために、約１．５ｍｍに設定されている）が、水車３の回転時において羽根部材３１の外周先端部分で部分的に塞がれてしまう。この結果、水圧に変動をきたし、水車３の回転バランスがくずれて水栓全体が振動し、回転ノイズが高くなると共に振動によるノイズも高くなる。
【０００９】
なお、上述の問題は、図８および図１０の水車および回転体のどちらでも生じる。図９は、図８の水車および回転体を使用した場合の流量（ｌ／ｍｉｎ（リットル／分））対ノイズ（ｄＢ（デシベル））特性を示すグラフである。この場合は、流量が６．０リットル／分付近で３５デシベルを上回るノイズが発生していることが分かる。
【００１０】
同様に、図１２は、図１０の水車および回転体を使用した場合の流量（ｌ／ｍｉｎ（リットル／分））対ノイズ（ｄＢ（デシベル））特性を示すグラフである。この場合は、同一構造の水車および回転体のサンプルＡ，Ｂ，Ｃに関する特性が示されているが、いずれも、流量が６．０リットル／分付近で３５デシベルを上回るノイズが発生していることが分かる。
【００１１】
上述のように、小型水力発電装置から発生するノイズが、６．０リットル／分付近で３５デシベルを上回ると、自動水栓装置を使用中の人は耳障りと感じてしまう。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、水車の構造を工夫することによってノイズの発生を軽減した小型水力発電装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の目的に鑑みて、本発明は、流体通路を備えた本体ケースと、流体通路に配設され所定流量の流体通過に伴って回転する水車とを備えると共に、この水車に連結され水車と共に回転する回転体をステータ部に対向配置させたロータ部とし、このロータ部を流体の通過に伴ってステータ部に対して相対回転させることにより電力を発生する小型水力発電装置において、流体流路中であって水車の回転軌跡の外側には、流体の流路を絞って流体を射出する複数の射出孔が設けられ、水車は、回転中心部と、その内周端部が回転中心部に接続されかつその外周先端部分が射出孔の近傍に延設され、射出孔から射出される流体がぶつかる羽根部材とを有し、羽根部材の外周先端部分は、エッジ状に形成され、回転中心部は、回転体を支承する軸に摺動回転する円筒状の小筒部と、この小筒部より径の大きい大筒部と、小筒部および大筒部を連結した複数の骨部とから形成され、小筒部と大筒部との間には、軸方向に貫通するとともに複数の骨部によって周方向に分割された複数の貫通空部が形成され、貫通空部は、軸方向の水車側を入り口とし、回転体側を出口として、流体が通過可能となっていることを特徴としている。
【００１４】
それにより、射出孔が、水車の羽根部材の先端部分でふさがれることがなくなり、水圧の乱れがなくなるとともに、複数個所の射出孔から常に水が射出されるために、水車の回転がスムーズになり、回転ノイズが減少する。また、水圧や水流の乱れがなくなり、ケースの振動音や水流音が減少する。
【００１５】
また、他の発明は、上述の小型水力発電装置において、羽根部材の先端部分であってエッジ状に形成されている部位の周方向における幅は、射出孔の水車の回転方向における幅の３０％以下になるように形成されていることを特徴としている。そのため、水車の羽根部材の先端部分による射出孔の封鎖が、従来に比べて僅かなものとなり、水圧の変化による振動や回転ノイズ等を抑制できる。
【００１６】
また、他の発明は、上述の各小型水力発電装置において、羽根部材の流体を受ける側とは反対側の面が、内周端部から外周先端部分にかけて中央が突出した弓型に形成されていることを特徴としている。そのため、弓型に形成された面が回転時における前方の面となり、羽根部材が水の抵抗をそれほど受けずに回転することができる。このため、水車はスムーズに回転することができる。したがって、回転による振動やノイズをさらに低減することができる。
【００１７】
また、他の発明は、上述の各小型水力発電装置において、羽根部材の回転中心部は、射出孔から流体が射出される方向に対して直交する方向に延出された軸形状を有すると共に、外周先端部分から円周方向に延出されると共に軸形状で形成された回転中心部と平行となりかつ射出孔を塞がない回転翼部を設けたことを特徴としている。そのため、射出孔を塞ぐことなく、水車の回転力を向上させることが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による小型水力発電装置の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施の形態となる小型水力発電装置の縦断面図、図２は、図１の小型水力発電装置を図１の矢印ＩＩ方向から見た側面図、図３は、図１の矢印ＩＩＩ方向から見た平面図である。また、図４は、水車３および回転体４の構造を示す図で、（Ａ）が正面図、（Ｂ）が（Ａ）を矢印Ｂから見た平面図、（Ｃ）が（Ａ）を矢印Ｃから見た底面図である。
【００２０】
まず、小型水力発電装置の基本構成について説明する。
【００２１】
図１から図３に示すように、本実施の形態の小型水力発電装置は、流体通路の流入口１２および流出口１３を備えた本体ケース１と、本体ケース１内に設けられ、流体通路の一部となっている注水用のリング状壁部２と、リング状壁部２の内周側に配置され、所定流量の流体通過に伴って回転する水車３と、水車３に連結され、水車３と共に回転する回転体４と、回転体４の外周側に配置されると共に本体ケース１にはめ込まれ、本体ケース１と協動して内部空間を形成するステンレス製のカップ状ケース５と、このカップ状ケース５の外側に配置されたステータ部６とを備えている。
【００２２】
本体ケース１は、本体部１１と、この本体部１１の外側に突出している筒状の流入口１２および流出口１３を備えている。本体部１１は、水車３の外側を囲繞して水分配部を形成するリング状壁部２と、回転体４を支承する軸７の一端をはめ込んで保持する軸受け孔１１ｂを有している。
【００２３】
リング状壁部２は、流入口１２から侵入してきた水の流路を絞り、水の勢いを強くして水車３の羽根部材３１にぶつけ、かつ羽根部材３１にぶつかった後の水を流出口１３へ導くためのものである。このリング状壁部２は、本体ケース１に一体的に形成された複数の壁（図示省略）と、これらの壁の先端側にカバー１５を被せることにより、その周壁には水車３の羽根部材３１に流路を絞って流体をぶつけるための複数の射出孔２２が形成される。
【００２４】
本体ケース１には、カップ状ケース５およびカップ状ケース５の外側に密着固定されたステータ部６の軸方向一端側をはめ込むための構造を有する凹部が設けられている。凹部の底面は、本体ケース１とカップ状ケース５との間に配置されるドーナツ形状のカバー１５の平面部１５ａを載置するための部位となっている。この底面の中心部位は、本体ケース１側の流体通路とカップ状ケース５の内部空間とを連通するために孔となっており、この孔によってカップ状ケース５の内部空間が流体通路の流入口１２および流出口１３と連通されている。
【００２５】
カップ状ケース５は、非磁性のステンレス製部材で形成されており、絞り加工によって最外周部となる鍔部５ｂと、鍔部５ｂの内側に連続して形成された外側円筒部５ａと、この外側円筒部５ａの内側に配置され水が侵入する内部空間とステータ部６とを隔絶する隔壁部５ｃと、外側円筒部５ａと隔壁部５ｃとを連結する連結面部５ｄと、底部５ｅとが形成されたものとなっている。
【００２６】
そして、このように構成されたカップ状ケース５は、上述した本体ケース１の凹部内に、カバー１５の平面部１５ａを挟み込みながらはめ込まれる。外側円筒部５ａの外側には、Ｏリング８が配置される。Ｏリング８は、この外側円筒部５ａによって径方向外側に押圧を受けながら、この外側円筒部５ａと凹部の内壁とによって挟持される。底部５ｅには、水車３および回転体４を支承する軸７の他端をはめ込む軸受け孔５ｆが形成されている。このカップ状ケース５は、本体ケース１内を通過する水からステータ部６を隔離すると共に、本体ケース１外への水の流出を防止するためのものとなっている。
【００２７】
なお、本体ケース１に形成された流入口１２、流出口１３およびこれらを連結する本体部１１は、蛇口やバルブ等から構成される水栓装置（図示省略）の流体通路の一部に配設されるものとなっており、流体源から流入口１２へ入り込んできた流体が本体部１１の内部に配置されたリング状壁部２を通過して流出口１３から吐出されるようになっている。なお、流体は、この通過の際に水車３に回転力を与える。
【００２８】
なお、上述したように、カップ状ケース５を本体ケース１にはめ込み、その外側にステータ部６を配置した後は、カップ状ケース５およびステータ部６を覆うように樹脂ケース９が被せられる。この樹脂ケース９には、ステータ部６から半径方向外側に突出するように設けられた端子部６ａを覆うフード部９ｂが設けられている。そして、このフード部９ｂには、端子部６ａに一端が接続されたリード線６ｂの他端側を外部へ引き出すための引き出し部９ｃが設けられている。この引き出し部９ｃには、外部とステータ部６とを封止するシール剤（図示省略）が充填され、外部から引き出し部９ｃを通ってステータ部６へ水が侵入するのを防止する構造となる。なお、この樹脂ケース９は、本体ケース１にネジ１０でネジ止め固定されている。この構成は、カップ状ケース５およびステータ部６の本体ケース１からの脱落や固定状態からの位置ズレ等を防止するためのものとなっている。
【００２９】
上述の注水用のリング状壁部２の内側に配置された水車３は、所定流量の流体通過に伴って回転するものとなっている。図４に示すように、水車３は、上述の軸７に挿通され、射出孔２２に直交するように配置される回転中心部３３と、この回転中心部３３に内周端部が接続された羽根部材３１とから構成されている。
【００３０】
水車３は、流入口１２に入り込み各射出孔２２で絞られて圧力が高められた流体が羽根部材３１に勢い良くぶつかり、その水力で軸７を回転中心として回転するようになっている。なお、羽根部材３１にぶつけられた水は、上述したように空間内で循環した後、流出口１３側へ移動する。
【００３１】
回転中心部３３は、軸７に摺動回転する円筒状の小筒部３３ａと、この小筒部３３ａより径の大きい大筒部３３ｂと、小筒部３３ａおよび大筒部３３ｂを軸方向における両端部分でそれぞれ連結した複数の骨部３３ｃから形成されている。なお、小筒部３３ａおよび大筒部３３ｂの間は、軸方向に貫通された中空となっており、水車３側の各骨部３３ｃ間の隙間を入り口とし、回転体４側の各骨部３３ｃ間の隙間を出口とした貫通空部３３ｄとなっている。この貫通空部３３ｄは、水車３に射出される水を上述の入り口から入れて出口から出すことにより、水車３および水車３に連結されている回転体４が配置されている空間内に循環させ、水車３および回転体４の回転を滑らかにする。回転体４は、水車３が水力によって回転すると、水車３と一体的に軸７を回転中心として回転する。
【００３２】
このように、水車３に連結され水車３と共に回転する回転体４は、ステータ部６に対向配置されたロータ部となっており、その面には円筒状のロータマグネットＭｇがはめ込まれている。このロータマグネットＭｇの外周面には、多極着磁がなされている。そして、この外周面が、カップ状ケース５の隔壁部５ｃを通してステータ部６に対向配置されている。このため、回転体４は、水車３と共に回転する場合、ステータ６に対して相対回転するようになっている。
【００３３】
ステータ部６は、軸方向に重ねると共に位相をずらして配置された２つの層６ｃ，６ｄで構成されている。このように、ステータ部６を２層で構成することにより、各層６ｃ，６ｄが互いにディテントトルクを打ち消し合い、全体としてロータマグネットＭｇとステータ部６との間に発生するディテントトルクを低減するものとなる。なお、各層６ｃ，６ｄは、それぞれ、外ステータコア（重ねた状態において外側に配置されている）６１と、内ステータコア（重ねた状態において内側に配置されている）６２と、コイルボビンに巻回されたコイル６３とを備えている。
【００３４】
そして、本実施の形態では、各層６ｃ，６ｄの隣り合って配置される内ステータコア６２，６２同士の間は、磁気的に絶縁されている。また、各層６ｃ，６ｄの各外ステータコア６１，６１は、共に略カップ形状で構成されており、外側の端部同士が接続されて磁気的に連結された状態となっている。これらの構成も、各層６ｃ，６ｄに発生する互いのディテントトルクを打ち消し合う力をより引き出し、ディテントトルクを低減する効果を奏するものとなる。なお、コイル６３の巻き始め部分および巻き終わり部分は、外ステータコア６１，６１の接続部位に形成された窓（図示省略）から外ステータコア６１，６１の外側に引き出され、それぞれ端子部６ａに接続されている。
【００３５】
外ステータコア６１は、絞り加工によって形成されたカップ形状の部材の中心部分を切り起こして形成した複数の極歯６１ａを有している。これらの各極歯６１ａは、略台形状で形成されていると共に、ロータマグネットＭｇの外周面に対向するように周方向に等間隔に配置された櫛歯状のものとなっている。また、内ステータコア６２も同様に、複数の極歯６２ａを有しており、これらの極歯６２ａは、ロータマグネットＭｇの外周面に対向するように周方向に等間隔に配置された櫛歯状のものとなっている。そして、両ステータコア６１，６２を重ね合わせて配置すると、各ステータコア６１，６２に設けられた各極歯６１ａ，６２ａが千鳥状に交互に周方向に配置される。
【００３６】
このように構成されたステータ部６は、カップ状ケース５の隔壁部５ｃの外側部分にはめ込まれている。このため、このステータ部６の各極歯６１ａ，６２ａと、回転体４の着磁部との間には磁束が流れている。上述したように、水車３と共に回転体４が回転すると、この磁束の流れに変化が生じ、この流れの変化を防止する方向にコイル６３に誘起電圧が発生する。このような形で取り出された誘起電圧は、回路により直流に変換され、所定の回路（図示省略）を通して整流され、電池に充電される。
【００３７】
次に、本発明の特徴である水車３の構造の詳細について、図４に戻って説明する。
【００３８】
水車３の羽根部材３１は、図４（Ｂ）の平面図において、流体を受ける側とは反対側の面３１ｂが内周端部から外周先端部分に向かって中央が突出した弓型に湾曲し、外周先端部分はエッジ状に形成されている。このエッジ状部３１ａは、図１０における水車３の外周先端部分の幅ｄ１が１ｍｍであったのに対して、その幅が０．２ｍｍ以下のエッジ状に形成されるものである。
【００３９】
なお、この実施の形態では、羽根部材３１の外周先端部分となるエッジ状部３１ａから円周方向に延出するように回転翼部３１ｄが形成されている。この回転翼部３１ｄは、射出孔２２から水が射出される方向に対して直交するように形成された軸形状の回転中心部３３に対して平行で、かつ射出孔２２を塞がないように設けられている。すなわち、回転翼部３１ｄは、羽根部材３１の軸方向における射出孔２２と対向しない区間に設けられている。
【００４０】
詳述すると、羽根部材３１の外周先端部分の軸方向における射出孔２２と対向する部位とは反対側の端部から羽根部材３１の軸方向における中間位置程度まで形成されており、射出孔２２と対向する部位には形成されていない。そのため、この回転翼部３１ｄで射出孔２２を塞ぐことはなく、しかも、水車３の回転力を向上させることが可能となる。なお、仕様により、この回転翼部３１ｄを構成しなくても水車３の回転力が十分である場合には、この回転翼部３１ｄはなくても良い。
【００４１】
また、水車３の羽根部材３１は、図４（Ｃ）の平面図において、同様に、内周端部から外周先端部分に向かって中央が突出した弓型に湾曲し、流体を受ける側とは反対側の面３１ｂの外形にＲ形状となる丸みが設けられ、角やエッジがなくなるように形成されている。
【００４２】
さらに、水車３の羽根部材３１は、図４（Ａ）の正面図において、軸方向において射出孔２２と対向する側に近い端部３１ｃにおいても、Ｒ形状となる丸みが設けられ、角やエッジがなくなるように形成されている。
【００４３】
上述の構造を有する水車３を使用した場合、射出孔２２から噴出された水は、水車３の羽根部材３１の正面側にぶつかり、水の運動エネルギーにより水車３は回転する。この場合、水車３の羽根部材３１が、水の射出口２２より近く、またぶつかる角度が９０度に近いほど、羽根部材３１にぶつかったときの水のエネルギーが大きくなり、水車３は勢い良く回転する。
【００４４】
射出口２２から羽根部材３１までの距離が遠くなれば、水車３に伝達されるエネルギーは小さくなるため、遠いときは水車３の外周部でふさいでしまい、他の個所に水を回し、他の個所の水量を多くして、水車の回転を上げるという方法が従来から行われている。しかし、水栓を流れる流量が多いとき、水車３の外周によって射出口２２がふさがれると、上述した問題が発生する。
【００４５】
ところが、本発明においては、上述のように、水車３の羽根部材３１の外周先端部分は、幅０．２ｍｍ以下のエッジ状に形成されている。そのため、図５およびその一部拡大図に示すように、射出孔２２の幅ｄ３（この例では、約１．５ｍｍに設定されている）が、水車３の羽根部材３１のエッジ状部３１ａにふさがれることがなくなる。
【００４６】
したがって、水圧や水流の乱れがなくなるとともに、４個所の射出孔２２から常に水が射出されるために、水車３の回転がスムースになり、回転ノイズが減少する。また、水圧や水流の乱れがなくなることにより、本体ケース１の振動音や水流音が減少する。
【００４７】
また、水車３が回転する際、射出孔２２から噴出される水が羽根部材３１の背面側（湾曲して弓型に形成された外側）にも当たるために、この背面側（＝流体を受ける側とは反対側の面３１ｂおよび端部３１ｃを含む）における角やエッジをなくしてＲ付けしたことは、逆トルクの発生を防止し、水流をスムーズにしてノイズを低下させるのに有効となる。
【００４８】
なお、本実施の形態の羽根部材３１の正面側の面形状は、根本付近がＲ形状（丸み形状）となっている。そのため、羽根部材３１へぶつかった水のその後の移動がスムーズとなり、これが水車３のよりスムーズな回転を形成することとなる。
【００４９】
図６は、図４において説明した水車３および回転体４において、上述したエッジ状部３１ａは図４の通り形成すると共に、流体を受ける側と反対側の面３１ｂおよび端部３１ｃにはＲ形状の丸みを設けなかった場合の流量（ｌ／ｍｉｎ（リットル／分））対ノイズ（ｄＢ（デシベル））特性を示すグラフである。この場合は、同一構造の水車および回転体のサンプルＡ，Ｂ，Ｃに関する特性が示されているが、３つのうちの２つのサンプルについては、流量が６リットル／分付近で発生するノイズが３５デシベルを下回っていることが分かる。
【００５０】
すなわち、上述した実施の形態では、羽根部材３１の外周先端部分をエッジ状に形成すると共に、流体を受ける側と反対側の面３１ｂおよび端部３１ｃにはＲ形状の丸みを設けたが、Ｒ形状の丸みを設けずエッジ状部３１ａのみを形成するようにしても、ある程度の振動抑制およびノイズ抑制の効果があることを示している。したがって、仕様によっては、流体を受ける側と反対側の面３１ｂおよび端部３１ｃにはＲ形状の丸みを設けなくてもよい。
【００５１】
図７は、図４で説明した形状、すなわち水車３および回転体４において、上述したエッジ状部３１ａを形成すると共に、流体を受ける側と反対側の面３１ｂおよび端部３１ｃにＲ形状の丸みを設けた場合の流量（ｌ／ｍｉｎ（リットル／分））対ノイズ（ｄＢ（デシベル））特性を示すグラフである。この場合は、同一構造の水車および回転体のサンプルＡ，Ｂ，Ｃに関する特性が示されているが、いずれも、流量が６リットル／分付近で発生するノイズが３５デシベルを下回っていることが分かる。したがって、この図７に示すように、流体を受ける側と反対側の面３１ｂおよび端部３１ｃにＲ形状の丸みを設けた場合の方が、設けない場合に比べてより振動抑制およびノイズ抑制の効果があることがわかる。
【００５２】
以上の通り、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれに限らず、種々の変形、応用が可能である。たとえば、上述の実施の形態では、水車３は、図８におけるリング部３２のない構造としているが、図４の構造に追加して図８におけるリング部３２と同様のリング部を形成しても良い。
【００５３】
また、上述の実施の形態では、水車３は、回転中心部３３が射出孔２２に直交するように配置されているが、他の実施例として、回転中心部３３が射出孔２２に平行になるように配置しても良い。
【００５４】
また、上述の実施の形態では、射出孔２２の幅ｄ３＝１．５ｍｍに対して、水車３の羽根部材３１の外周先端部分を幅ｄ１＝０．２ｍｍ以下のエッジ状部３１ａとしているが、射出孔２２の幅ｄ３とエッジ状部３１ａの幅ｄ１の寸法関係はこれに限らず、エッジ状部３１ａの幅ｄ１の寸法を、射出孔２２の幅ｄ３の３０％以下に形成することにより、発生ノイズの低減を行うことができることが確認されている。
【００５５】
【発明の効果】
本発明の小型水力発電装置によれば、射出孔と相対する部分の水車外周部の形状をエッジ状にしたために、射出孔がふさがれることがなくなり、水圧の乱れがなくなるとともに、複数個所の射出孔から常に水が射出されるために、水車の回転がスムーズになり、回転ノイズが減少する。また、水圧や水流の乱れがなくなり、ケースの振動音や水流音が減少する。さらに、羽根部材の背面側の角やエッジをなくしてＲ付けしたために、逆トルクの発生を防止し、水流をスムーズにしてノイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態となる小型水力発電装置の縦断面図である。
【図２】図１の小型水力発電装置を図１の矢印ＩＩ方向から見た側面図である。
【図３】図１の矢印ＩＩＩ方向から見た平面図である。
【図４】図１における小型水力発電装置で使用される水車および回転体の構造を示す図で、（Ａ）が正面図、（Ｂ）が（Ａ）を矢印Ｂから見た平面図、（Ｃ）が（Ａ）を矢印Ｃから見た底面図である。
【図５】図１における小型水力発電装置における水車の羽根部材と射出孔の位置関係を説明する図である。
【図６】図４で説明した水車および回転体において、エッジ状部は形成すると共に、流体を受ける側と反対側の面および端部にはＲ形状の丸みを設けない場合の流量対ノイズ特性を示す。
【図７】図４で説明した水車および回転体において、エッジ状部を形成すると共に流体を受ける側と反対側の面および端部にＲ形状の丸みを設けた場合の流量対ノイズ特性を示すグラフである。
【図８】従来の小型水力発電装置で使用されている水車および回転体の構成例を示し、（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）は、それぞれ正面図、平面図および底面図である。
【図９】図８の水車および回転体を使用した場合の流量対ノイズ特性を示すグラフである。
【図１０】従来の小型水力発電装置で使用されている水車および回転体の他の構成例を示し、（Ａ）、（Ｂ）および（Ｃ）は、それぞれ正面図、平面図および底面図である。
【図１１】小型水力発電装置における図１０の水車の羽根部材と射出孔の位置関係を説明する図である。
【図１２】図１０の水車および回転体を使用した場合の流量対ノイズ特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１本体ケース
３水車
４回転体（ロータ部）
６ステータ部
２２射出孔
３１羽根部材
３１ａエッジ状部
３１ｂ流体を受ける側とは反対側の面
３１ｃ端部
３３回転中心部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an improvement of a small hydroelectric power generation apparatus that uses hydraulic power generated by the flow of water passing through a faucet.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, an automatic faucet device is widely known in which a sensor senses this by placing a hand under the faucet and allows water to flow from the faucet based on the sensor sensing.
[0003]
The configuration of the above-described small hydroelectric generator will be briefly described as follows. The small hydroelectric generator has a water inlet and a water outlet in the main body case, and a distribution ring is set at the center. Water entering from the inflow port is distributed by the cylindrical wall, and water is ejected from an injection hole formed in the cylindrical wall.
[0004]
And the jetted water collides with the water wheel rotatably arranged inside the wall, rotates the water wheel, and comes out from the outlet. The rotating shaft of the water wheel is provided with a rotating body fixed integrally with the water wheel. The outer peripheral surface of the rotating body is a magnetized rotor magnet. A stator is disposed at a position facing the outer peripheral surface of the rotor magnet with a stainless steel partition wall therebetween. The stator is provided with a power generation coil. When the magnetic flux enters the stator, the magnetic flux and the coil are linked to generate power.
[0005]
FIG. 8 shows an example of the configuration of the water wheel and the rotating body (excluding the magnet and the rotating shaft) used in the above-described small hydroelectric generator, and FIGS. 8A, 8B, and 8C are shown in FIG. They are a front view, a plan view, and a bottom view, respectively. In FIG. 8, the water turbine 3 includes a rotation center portion 33 that is inserted and fixed to the rotation shaft described above, a plurality of blade members 31 that have inner peripheral ends connected to the rotation center portion 33, and outer peripheral tips of the blade members 31. It is comprised from the cylindrical ring part 32 to which the part was connected. The rotating body 4 is formed integrally with the water wheel 3.
[0006]
FIG. 10 shows another example of the configuration of the water wheel and the rotating body used in the above-described small hydroelectric generator. FIGS. 10A, 10B, and 10C are front views, respectively. They are a top view and a bottom view. The water turbine 3 includes a rotation center portion 33 that is inserted and fixed to the above-described rotation shaft, and a plurality of blade members 31 that are connected to the rotation center portion 33 with inner peripheral end portions. The water wheel 3 in FIG. 10 has a configuration without the ring portion 32 of the water wheel 3 in FIG.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In the above-described small hydroelectric generator, when the flow rate of water flowing through the fluid passage is increased, the following problem occurs.
(1) At the time of rotation of the water wheel 3 accompanying the passage of water, the outer peripheral tip of the blade member 31 momentarily blocks a part of the injection hole 22, so that the water pressure discharged from the injection hole 22 to the blade member 31 Does not become constant and causes disturbance.
[0008]
That is, the blade member 31 of the water turbine 3 in FIG. 10 is formed such that the width d1 of the outer peripheral tip portion in the plan view and the width d2 of the outer peripheral tip portion in the bottom view are about 1 mm (millimeters). Therefore, as shown in FIG. 11 and a partially enlarged view thereof, water is ejected to the inside of the water distribution ring-shaped wall portion 2 between the inlet 12 and the outlet 13 where the water wheel 3 is arranged. A part of the injection hole 22 (width d3 = the width is larger, the flow rate increases, but the water pressure decreases and the power generation capacity decreases. Therefore, in this example, in order to obtain an appropriate power generation capacity, about 1.5 mm. However, at the time of rotation of the water turbine 3, it is partially blocked by the outer peripheral tip portion of the blade member 31. As a result, the water pressure fluctuates, the rotation balance of the water wheel 3 is lost, the entire faucet vibrates, the rotational noise increases, and the noise due to vibration also increases.
[0009]
The above-described problem occurs in both the water wheel and the rotating body shown in FIGS. FIG. 9 is a graph showing the flow rate (l / min (liter / minute)) versus noise (dB (decibel)) characteristics when the water wheel and the rotating body of FIG. 8 are used. In this case, it can be seen that noise exceeding 35 decibels occurs at a flow rate of around 6.0 liters / minute.
[0010]
Similarly, FIG. 12 is a graph showing the flow rate (l / min (liter / minute)) versus noise (dB (decibel)) characteristics when the water wheel and the rotating body of FIG. 10 are used. In this case, the characteristics relating to the samples A, B, and C of the water wheel having the same structure and the rotating body are shown, but in both cases, noise exceeding 35 decibels is generated at a flow rate of around 6.0 liters / minute. I understand that.
[0011]
As described above, if the noise generated from the small hydroelectric generator exceeds 35 decibels around 6.0 liters / minute, the person using the automatic water faucet device feels harsh.
[0012]
Therefore, an object of the present invention is to provide a small hydroelectric power generation device that reduces the generation of noise by devising the structure of a water turbine.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In view of the above-described object, the present invention includes a main body case having a fluid passage and a water turbine that is disposed in the fluid passage and rotates with passage of a fluid at a predetermined flow rate, and is connected to the water turbine and rotates together with the water turbine. In a small hydroelectric generator that generates electric power by rotating a rotating body that opposes the stator portion and rotating the rotor portion relative to the stator portion as the fluid passes, A plurality of injection holes for narrowing the fluid flow path and ejecting the fluid are provided outside the rotation trajectory of the turbine, and the turbine has a rotation center portion and an inner peripheral end portion connected to the rotation center portion. And an outer peripheral tip portion extending in the vicinity of the injection hole, and a blade member against which fluid ejected from the injection hole collides, and the outer peripheral tip portion of the blade member is formed in an edge shape. The rotation center portion includes a cylindrical small tube portion that slides and rotates on a shaft that supports the rotating body, a large tube portion having a larger diameter than the small tube portion, and a plurality of bone portions that connect the small tube portion and the large tube portion. A plurality of through air spaces are formed between the small tube portion and the large tube portion in the axial direction and divided in the circumferential direction by a plurality of bone portions. With the water wheel side as the entrance and the rotating body side as the exit, fluid can pass It is characterized by being.
[0014]
As a result, the injection hole is not blocked by the tip of the blade member of the turbine wheel, the water pressure is not disturbed, and water is always injected from the injection holes at multiple locations, so the rotation of the turbine is smooth. , Rotational noise is reduced. Further, the disturbance of water pressure and water flow is eliminated, and the vibration sound and water flow sound of the case are reduced.
[0015]
In another aspect of the invention, in the above-described small hydroelectric generator, the circumferential width of the tip portion of the blade member that is formed in an edge shape is 30% of the width of the injection hole in the rotation direction of the water turbine. It is characterized by being formed as follows. Therefore, the injection hole is blocked by the tip end portion of the blade member of the water wheel as compared with the conventional case, and vibrations and rotational noise due to a change in water pressure can be suppressed.
[0016]
In another aspect of the present invention, in each of the small hydroelectric generators described above, the surface of the blade member opposite to the fluid receiving side is formed in an arc shape whose center protrudes from the inner peripheral end portion to the outer peripheral tip portion. It is characterized by being. Therefore, the surface formed in the bow shape becomes the front surface during rotation, and the blade member can rotate without receiving much resistance of water. For this reason, the water wheel can rotate smoothly. Therefore, vibration and noise due to rotation can be further reduced.
[0017]
According to another invention, in each of the small hydroelectric generators described above, the rotation center portion of the blade member has an axial shape extending in a direction orthogonal to the direction in which the fluid is ejected from the ejection hole, It is characterized in that there is provided a rotary blade portion extending from the outer peripheral tip portion in the circumferential direction and parallel to the rotation center portion formed in an axial shape and does not block the injection hole. Therefore, it is possible to improve the rotational force of the water turbine without blocking the injection hole.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a small hydroelectric generator according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0019]
1 is a longitudinal sectional view of a small hydroelectric generator according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a side view of the small hydroelectric generator of FIG. 1 as viewed from the direction of arrow II in FIG. 1, and FIG. It is the top view seen from the arrow III direction of 1. FIG. 4 is a diagram showing the structure of the water wheel 3 and the rotating body 4, (A) is a front view, (B) is a plan view of (A) as viewed from the arrow B, and (C) is (A). FIG. 6 is a bottom view seen from an arrow C.
[0020]
First, the basic configuration of the small hydroelectric generator will be described.
[0021]
As shown in FIGS. 1 to 3, the small hydroelectric generator of the present embodiment includes a main body case 1 having a fluid passage inlet 12 and an outlet 13, a body case 1, and a fluid passage. A ring-shaped wall portion 2 for water injection which is a part, a water wheel 3 which is arranged on the inner peripheral side of the ring-shaped wall portion 2 and rotates as fluid flows at a predetermined flow rate, and is connected to the water wheel 3. A rotating body 4 that rotates together with the rotating body 3, a stainless cup-shaped case 5 that is disposed on the outer peripheral side of the rotating body 4 and that is fitted into the main body case 1 to form an internal space in cooperation with the main body case 1. And a stator portion 6 disposed outside the cup-shaped case 5.
[0022]
The main body case 1 includes a main body portion 11 and cylindrical inflow ports 12 and outflow ports 13 that protrude outward from the main body portion 11. The main body 11 has a ring-shaped wall portion 2 that surrounds the outside of the water wheel 3 to form a water distribution portion, and a bearing hole 11b that fits and holds one end of a shaft 7 that supports the rotating body 4.
[0023]
The ring-shaped wall portion 2 squeezes the flow path of water that has entered from the inflow port 12, hits the blade member 31 of the water wheel 3 by increasing the momentum of the water, and discharges water after hitting the blade member 31. 13 to lead to 13. The ring-shaped wall portion 2 includes a plurality of walls (not shown) formed integrally with the main body case 1 and a cover 15 on the front end side of these walls, so that the peripheral wall has a blade member of the water turbine 3. A plurality of injection holes 22 are formed in the flow path 31 so as to squeeze the flow path and hit the fluid.
[0024]
The body case 1 is provided with a cup-shaped case 5 and a recess having a structure for fitting one end side in the axial direction of the stator portion 6 tightly fixed to the outside of the cup-shaped case 5. The bottom surface of the recess serves as a part for placing the flat portion 15 a of the donut-shaped cover 15 disposed between the main body case 1 and the cup-shaped case 5. A central portion of the bottom surface is a hole for communicating the fluid passage on the main body case 1 side and the internal space of the cup-shaped case 5, and the internal space of the cup-shaped case 5 is connected to the inlet of the fluid passage by this hole. 12 and the outlet 13.
[0025]
The cup-shaped case 5 is formed of a non-magnetic stainless steel member, and has a flange portion 5b that becomes the outermost peripheral portion by drawing, an outer cylindrical portion 5a that is continuously formed inside the flange portion 5b, and this A partition wall portion 5c that separates the inner space into which water enters and the stator portion 6 is disposed inside the outer cylindrical portion 5a, a connecting surface portion 5d that connects the outer cylindrical portion 5a and the partition wall portion 5c, and a bottom portion 5e are formed. It has been made.
[0026]
And the cup-shaped case 5 comprised in this way is inserted, inserting the plane part 15a of the cover 15 in the recessed part of the main body case 1 mentioned above. An O-ring 8 is disposed outside the outer cylindrical portion 5a. The O-ring 8 is sandwiched between the outer cylindrical portion 5a and the inner wall of the recess while being pressed radially outward by the outer cylindrical portion 5a. A bearing hole 5f into which the other end of the shaft 7 that supports the water wheel 3 and the rotating body 4 is fitted is formed in the bottom portion 5e. The cup-shaped case 5 serves to isolate the stator portion 6 from water passing through the main body case 1 and prevent water from flowing out of the main body case 1.
[0027]
In addition, the inflow port 12 and the outflow port 13 formed in the main body case 1 and the main body portion 11 connecting them are arranged in a part of a fluid passage of a faucet device (not shown) constituted by a faucet, a valve, and the like. The fluid that has entered the inlet 12 from the fluid source passes through the ring-shaped wall 2 disposed inside the main body 11 and is discharged from the outlet 13. . In addition, the fluid gives a rotational force to the water turbine 3 during this passage.
[0028]
As described above, after the cup-shaped case 5 is fitted into the main body case 1 and the stator portion 6 is disposed outside the main case 1, the resin case 9 is covered so as to cover the cup-shaped case 5 and the stator portion 6. The resin case 9 is provided with a hood portion 9b that covers a terminal portion 6a provided so as to protrude radially outward from the stator portion 6. The hood portion 9b is provided with a lead portion 9c for pulling out the other end side of the lead wire 6b whose one end is connected to the terminal portion 6a. The lead portion 9c is filled with a sealant (not shown) that seals the outside and the stator portion 6, and has a structure that prevents water from entering the stator portion 6 from the outside through the lead portion 9c. . The resin case 9 is fixed to the main body case 1 with screws 10. This configuration is intended to prevent the cup-shaped case 5 and the stator portion 6 from being detached from the main body case 1 or being displaced from the fixed state.
[0029]
The water turbine 3 arranged inside the ring-shaped wall portion 2 for water injection described above is rotated with passage of fluid of a predetermined flow rate. As shown in FIG. 4, the water turbine 3 is inserted into the above-described shaft 7 and has a rotation center portion 33 disposed so as to be orthogonal to the injection hole 22, and an inner peripheral end portion connected to the rotation center portion 33. It is comprised from the blade member 31. FIG.
[0030]
The water turbine 3 enters the inflow port 12 and the fluid whose pressure is increased by being squeezed by the respective injection holes 22 strikes the blade member 31 vigorously and rotates around the shaft 7 by the hydraulic force. In addition, after the water collided with the blade member 31 circulates in the space as described above, it moves to the outlet 13 side.
[0031]
The rotation center portion 33 includes a cylindrical small tube portion 33a that slides and rotates on the shaft 7, a large tube portion 33b having a larger diameter than the small tube portion 33a, and both ends of the small tube portion 33a and the large tube portion 33b in the axial direction. Are formed from a plurality of bone portions 33c connected to each other. In addition, between the small cylinder part 33a and the large cylinder part 33b becomes a hollow penetrated in the axial direction, and a gap between each bone part 33c on the water turbine 3 side is used as an entrance, and each bone part 33c on the rotating body 4 side. It is the penetration empty part 33d which made the clearance gap between them the exit. The through-opening portion 33d circulates in the space in which the water turbine 3 and the rotating body 4 connected to the water wheel 3 are arranged by putting water injected into the water wheel 3 from the above-described entrance and exiting from the exit. The rotation of the water wheel 3 and the rotating body 4 is made smooth. When the water wheel 3 is rotated by hydraulic power, the rotating body 4 rotates integrally with the water wheel 3 around the shaft 7 as a rotation center.
[0032]
Thus, the rotating body 4 connected to the water turbine 3 and rotating together with the water turbine 3 is a rotor portion arranged to face the stator portion 6, and a cylindrical rotor magnet Mg is fitted on the surface thereof. Multipolar magnetization is performed on the outer peripheral surface of the rotor magnet Mg. The outer peripheral surface is disposed to face the stator portion 6 through the partition wall portion 5 c of the cup-shaped case 5. For this reason, when the rotating body 4 rotates together with the water turbine 3, the rotating body 4 rotates relative to the stator 6.
[0033]
The stator portion 6 is composed of two layers 6c and 6d that are arranged in the axial direction and are shifted in phase. Thus, by constituting the stator part 6 in two layers, the layers 6c and 6d cancel each other out of the detent torque, and the detent torque generated between the rotor magnet Mg and the stator part 6 as a whole is reduced. Become. Each layer 6c, 6d was wound around a coil bobbin, an outer stator core (arranged outside in the overlapped state) 61, an inner stator core (arranged inside in the overlapped state) 62, respectively. And a coil 63.
[0034]
In the present embodiment, the inner stator cores 62 and 62 arranged adjacent to each other in the layers 6c and 6d are magnetically insulated. Further, the outer stator cores 61 and 61 of the respective layers 6c and 6d are both formed in a substantially cup shape, and the outer end portions are connected to each other and are magnetically coupled. These configurations also have the effect of reducing the detent torque by drawing out more force to cancel each other's detent torque generated in each layer 6c, 6d. The winding start portion and the winding end portion of the coil 63 are drawn to the outside of the outer stator cores 61 and 61 from windows (not shown) formed in the connection portions of the outer stator cores 61 and 61, and are connected to the terminal portions 6a, respectively. ing.
[0035]
The outer stator core 61 has a plurality of pole teeth 61a formed by cutting and raising a central portion of a cup-shaped member formed by drawing. Each of the pole teeth 61a is formed in a substantially trapezoidal shape, and has a comb-like shape arranged at equal intervals in the circumferential direction so as to face the outer peripheral surface of the rotor magnet Mg. Similarly, the inner stator core 62 has a plurality of pole teeth 62a, and these pole teeth 62a are comb teeth arranged at equal intervals in the circumferential direction so as to face the outer peripheral surface of the rotor magnet Mg. Has become. When the stator cores 61 and 62 are arranged in an overlapping manner, the pole teeth 61a and 62a provided on the stator cores 61 and 62 are alternately arranged in the circumferential direction in a staggered manner.
[0036]
The stator portion 6 configured as described above is fitted in the outer portion of the partition wall portion 5c of the cup-shaped case 5. For this reason, magnetic flux flows between the pole teeth 61 a and 62 a of the stator portion 6 and the magnetized portion of the rotating body 4. As described above, when the rotating body 4 rotates together with the water wheel 3, the flow of the magnetic flux changes, and an induced voltage is generated in the coil 63 in a direction to prevent the change of the flow. The induced voltage extracted in this way is converted into direct current by a circuit, rectified through a predetermined circuit (not shown), and charged to the battery.
[0037]
Next, details of the structure of the water wheel 3 which is a feature of the present invention will be described with reference to FIG.
[0038]
In the plan view of FIG. 4B, the blade member 31 of the water turbine 3 is curved in a bow shape in which the surface 31b opposite to the fluid receiving side protrudes from the inner peripheral end toward the outer peripheral tip. The outer peripheral tip portion is formed in an edge shape. The edge portion 31a is formed in an edge shape having a width d1 of 0.2 mm or less, whereas the width d1 of the outer peripheral tip portion of the water turbine 3 in FIG. 10 is 1 mm.
[0039]
In this embodiment, the rotary blade portion 31d is formed so as to extend in the circumferential direction from the edge-shaped portion 31a which is the outer peripheral tip portion of the blade member 31. The rotating blade portion 31d is parallel to the shaft-shaped rotation center portion 33 formed so as to be orthogonal to the direction in which water is injected from the injection hole 22 and does not block the injection hole 22. Is provided. That is, the rotary blade portion 31 d is provided in a section that does not face the injection hole 22 in the axial direction of the blade member 31.
[0040]
More specifically, it is formed from the end opposite to the portion facing the injection hole 22 in the axial direction of the outer peripheral tip portion of the blade member 31 to the middle position in the axial direction of the blade member 31. It is not formed in the opposing part. Therefore, the rotary blade 31d does not block the injection hole 22, and the rotational force of the water turbine 3 can be improved. If the rotational force of the water turbine 3 is sufficient even if the rotating blade portion 31d is not configured according to the specification, the rotating blade portion 31d may be omitted.
[0041]
Similarly, in the plan view of FIG. 4C, the blade member 31 of the water turbine 3 is curved into an arc shape whose center protrudes from the inner peripheral end portion toward the outer peripheral tip portion, and is the side that receives the fluid. The outer shape of the opposite surface 31b is rounded to have an R shape so that there are no corners or edges.
[0042]
Further, the blade member 31 of the water turbine 3 is provided with a rounded R shape at the end 31c close to the side facing the injection hole 22 in the axial direction in the front view of FIG. It is formed to eliminate.
[0043]
When the water turbine 3 having the above-described structure is used, the water ejected from the injection hole 22 collides with the front side of the blade member 31 of the water turbine 3, and the water turbine 3 rotates by the kinetic energy of the water. In this case, as the blade member 31 of the water wheel 3 is closer to the water injection port 22 and the angle of collision is closer to 90 degrees, the energy of the water when it hits the blade member 31 increases, and the water wheel 3 rotates vigorously. To do.
[0044]
If the distance from the injection port 22 to the blade member 31 is increased, the energy transmitted to the water turbine 3 is reduced. When the distance is long, the energy is blocked by the outer peripheral portion of the water turbine 3, and the water is turned to other places. A method of increasing the rotation of a water turbine by increasing the amount of water at a location has been conventionally performed. However, if the injection port 22 is blocked by the outer periphery of the water turbine 3 when the flow rate flowing through the faucet is large, the above-described problem occurs.
[0045]
However, in the present invention, as described above, the outer peripheral tip portion of the blade member 31 of the water turbine 3 is formed in an edge shape having a width of 0.2 mm or less. Therefore, as shown in FIG. 5 and a partially enlarged view thereof, the width d3 of the injection hole 22 (in this example, set to about 1.5 mm) is formed on the edge-shaped portion 31a of the blade member 31 of the water turbine 3. It will not be blocked.
[0046]
Accordingly, the disturbance of the water pressure and the water flow is eliminated, and water is always injected from the four injection holes 22, so that the rotation of the water turbine 3 is smooth and the rotation noise is reduced. Further, since the disturbance of water pressure and water flow is eliminated, vibration sound and water flow sound of the main body case 1 are reduced.
[0047]
Further, when the water wheel 3 rotates, the water ejected from the injection hole 22 hits the back side of the blade member 31 (the outside formed in a bow shape by being curved). R is eliminated by eliminating the corners and edges in the surface 31b and the end portion 31c opposite to the side), which is effective in preventing the occurrence of reverse torque, smoothing the water flow and reducing noise. .
[0048]
In addition, as for the surface shape of the front side of the blade member 31 of the present embodiment, the vicinity of the root has an R shape (round shape). Therefore, the subsequent movement of the water hitting the blade member 31 becomes smooth, and this forms a smoother rotation of the water turbine 3.
[0049]
6 shows that the edge-shaped portion 31a described above is formed as shown in FIG. 4 in the water wheel 3 and the rotating body 4 described in FIG. 4, and the surface 31b and the end portion 31c on the opposite side to the fluid receiving side have an R shape. 5 is a graph showing the flow rate (l / min (liter / minute)) vs. noise (dB (decibel)) characteristics when no roundness is provided. In this case, characteristics relating to the samples A, B, and C of the water turbine and the rotating body having the same structure are shown. However, in two of the three samples, noise generated at a flow rate of around 6 liters / minute is 35. You can see that it is below the decibel.
[0050]
That is, in the above-described embodiment, the outer peripheral tip portion of the blade member 31 is formed in an edge shape, and the surface 31b and the end portion 31c on the opposite side to the fluid receiving side are provided with R-shaped roundness. Even if only the edge-shaped portion 31a is formed without providing the roundness of the shape, it shows that there are some effects of suppressing vibration and noise. Accordingly, depending on the specifications, the R-shaped roundness may not be provided on the surface 31b and the end 31c opposite to the fluid receiving side.
[0051]
FIG. 7 shows the shape described in FIG. 4, that is, in the water wheel 3 and the rotating body 4, the above-described edge portion 31 a is formed, and the surface 31 b and the end portion 31 c opposite to the fluid receiving side are rounded with an R shape. Is a graph showing the flow rate (l / min (liter / min)) vs. noise (dB (decibel)) characteristics in the case of providing. In this case, the characteristics relating to the samples A, B, and C of the water turbine and the rotating body having the same structure are shown. However, in all cases, the noise generated when the flow rate is around 6 liters / minute is less than 35 decibels. I understand. Therefore, as shown in FIG. 7, the vibration suppression and noise suppression are more effective when the round shape of the R shape is provided on the surface 31b and the end 31c opposite to the fluid receiving side than when the R 31 is not provided. It turns out that there is an effect.
[0052]
As described above, the embodiment of the present invention has been described. However, the present invention is not limited to this, and various modifications and applications are possible. For example, in the above-described embodiment, the water turbine 3 has a structure without the ring portion 32 in FIG. 8, but a ring portion similar to the ring portion 32 in FIG. 8 may be formed in addition to the structure in FIG. 4. good.
[0053]
In the above-described embodiment, the water turbine 3 is disposed so that the rotation center portion 33 is orthogonal to the injection hole 22. However, as another example, the rotation center portion 33 is parallel to the injection hole 22. You may arrange as follows.
[0054]
In the above-described embodiment, the outer peripheral tip portion of the blade member 31 of the water turbine 3 is the edge-shaped portion 31a having a width d1 = 0.2 mm or less with respect to the width d3 = 1.5 mm of the injection hole 22. The dimensional relationship between the width d3 of the injection hole 22 and the width d1 of the edge-like portion 31a is not limited to this, and by forming the dimension of the width d1 of the edge-like portion 31a to 30% or less of the width d3 of the injection hole 22, It has been confirmed that noise generated can be reduced.
[0055]
【The invention's effect】
According to the small hydroelectric generator of the present invention, since the shape of the outer peripheral portion of the water turbine facing the injection hole is an edge, the injection hole is not blocked, the water pressure is not disturbed, and a plurality of injections are performed. Since water is always ejected from the hole, the rotation of the water wheel becomes smooth and rotation noise is reduced. Further, the disturbance of water pressure and water flow is eliminated, and the vibration sound and water flow sound of the case are reduced. Furthermore, since the corners and edges on the back side of the blade member are eliminated and the R is applied, the generation of reverse torque can be prevented, the water flow can be smoothed, and noise can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a small hydroelectric generator according to an embodiment of the present invention.
2 is a side view of the small hydroelectric generator of FIG. 1 viewed from the direction of arrow II in FIG.
3 is a plan view seen from the direction of arrow III in FIG. 1. FIG.
4 is a view showing the structure of a water wheel and a rotating body used in the small hydroelectric generator in FIG. 1, (A) is a front view, (B) is a plan view of (A) as viewed from an arrow B; C) is a bottom view of (A) as viewed from an arrow C. FIG.
5 is a view for explaining the positional relationship between a blade member of a water turbine and an injection hole in the small hydroelectric generator in FIG. 1;
6 shows flow rate versus noise characteristics in the case where the edge-shaped portion is formed and the surface and the end opposite to the fluid receiving side are not provided with an R-shaped roundness in the water wheel and the rotating body described in FIG. Indicates.
FIG. 7 shows flow rate versus noise characteristics in the case where an edge-shaped portion is formed and an R-shaped roundness is provided on the surface and end opposite to the fluid receiving side in the water wheel and the rotating body described in FIG. It is a graph.
FIGS. 8A and 8B show configuration examples of a water wheel and a rotating body used in a conventional small hydroelectric generator, and FIGS. 8A, 8B, and 8C are a front view, a plan view, and a bottom view, respectively.
9 is a graph showing a flow rate versus noise characteristic when the water wheel and the rotating body of FIG. 8 are used.
FIGS. 10A and 10B show another configuration example of a water wheel and a rotating body used in a conventional small hydroelectric generator, and FIGS. 10A and 10B are a front view, a plan view, and a bottom view, respectively. is there.
11 is a diagram for explaining the positional relationship between the blade member and the injection hole of the water wheel of FIG. 10 in the small hydroelectric generator.
12 is a graph showing a flow rate versus noise characteristic when the water wheel and the rotating body of FIG. 10 are used.
[Explanation of symbols]
1 Body case
3 waterwheel
4 Rotating body (rotor part)
6 Stator part
22 Injection hole
31 Blade member
31a Edge-shaped part
31b Surface opposite to the fluid receiving side
31c end
33 Center of rotation

Claims

A main body case provided with a fluid passage; and a water turbine that is disposed in the fluid passage and rotates with passage of a fluid at a predetermined flow rate, and a rotating body that is connected to the water turbine and rotates together with the water turbine is disposed opposite the stator portion. In a small hydroelectric generator that generates electric power by rotating the rotor portion relative to the stator portion as the fluid passes through the rotor portion,
A plurality of injection holes that squeeze the fluid flow path and eject the fluid are provided in the fluid flow path and outside the rotation trajectory of the water wheel,
The water wheel has a rotation center portion and a blade member whose inner peripheral end portion is connected to the rotation center portion and whose outer peripheral tip portion extends in the vicinity of the injection hole so that fluid ejected from the injection hole collides with the water wheel. And
The outer peripheral tip portion of the blade member is formed in an edge shape,
The rotation center portion includes a cylindrical small tube portion that slides and rotates on a shaft that supports the rotating body, a large tube portion having a larger diameter than the small tube portion, and a plurality of the small tube portion and the large tube portion connected to each other. Formed from the bones of
Between the small tube portion and the large tube portion, there are formed a plurality of through voids that penetrate in the axial direction and are divided in the circumferential direction by the plurality of bone portions,
A small hydroelectric generator characterized in that the penetrating void portion allows fluid to pass through with the water wheel side in the axial direction as an inlet and the rotor side as an outlet .

The width in the circumferential direction of the tip portion of the blade member, which is formed in an edge shape, is formed to be 30% or less of the width of the injection hole in the rotation direction of the water wheel. The small hydroelectric generator according to claim 1.

The small hydraulic power according to claim 1 or 2, wherein the surface of the blade member opposite to the fluid receiving side is formed into an arcuate shape with the center protruding from the inner peripheral end to the outer peripheral tip. Power generation device.